터보차저

터보차저 (Turbocharger)는 내연기관, 특히 자동차 엔진의 성능을 향상시키기 위해 배기가스의 에너지를 활용하는 과급 장치이다. 엔진에서 배출되는 고온, 고압의 배기가스를 이용하여 터빈을 회전시키고, 이 터빈과 연결된 압축기를 통해 공기를 압축하여 엔진 실린더 내부로 더 많은 양의 공기를 공급한다. 더 많은 공기가 공급되면 그에 비례하여 연료를 더 많이 연소시킬 수 있으며, 결과적으로 엔진의 출력과 토크를 증가시킨다.

작동 원리

터보차저는 크게 터빈과 압축기로 구성된다.

• 터빈: 엔진에서 배출되는 배기가스가 터빈 블레이드를 회전시킨다. 터빈은 일반적으로 고온에 강한 특수 합금으로 제작된다.

• 압축기: 터빈과 동일한 축에 연결되어 있으며, 터빈의 회전력을 이용하여 외부 공기를 압축한다. 압축된 공기는 인터쿨러를 거쳐 냉각된 후 엔진 실린더로 유입된다. 인터쿨러는 압축 과정에서 뜨거워진 공기를 냉각시켜 공기의 밀도를 높이는 역할을 한다.

장점

• 출력 향상: 동일한 배기량의 엔진 대비 더 높은 출력과 토크를 얻을 수 있다.
• 연비 개선: 엔진 효율을 높여 연비를 개선할 수 있다. 특히 저속 RPM 구간에서 토크가 향상되어 실제 주행 환경에서 연비 개선 효과가 크다.
• 고지대 성능 유지: 고도가 높은 지역에서는 공기 밀도가 낮아져 엔진 출력이 감소하는 현상이 발생하는데, 터보차저는 이러한 출력 감소를 최소화한다.

단점

• 터보 래그 (Turbo Lag): 운전자가 가속 페달을 밟은 후 터보차저가 작동하기까지 약간의 시간 지연이 발생할 수 있다. 이는 터빈이 회전 속도를 올리는 데 필요한 시간 때문이다. 최근에는 터보 래그를 줄이기 위한 다양한 기술이 적용되고 있다.
• 복잡한 구조: 자연흡기 엔진에 비해 구조가 복잡하고 부품 수가 많아 정비 비용이 증가할 수 있다.
• 내구성 문제: 고온, 고압 환경에서 작동하므로 부품의 내구성이 중요하며, 관리가 소홀할 경우 고장이 발생할 수 있다.

활용 분야

터보차저는 승용차, 상용차, 건설기계, 선박 등 다양한 내연기관에 널리 사용되고 있다. 최근에는 다운사이징 엔진에 터보차저를 장착하여 연비와 성능을 동시에 향상시키는 기술이 많이 적용되고 있다.